راکتورهای بیولوژیکی MBR که از یک راکتور بیولوژیکی (بیوراکتور) با بیومس معلق و ممبرانهای
میکروفیلتراسیون با قطر منافذ 0.08-0.04 میکرون جهت جداسازی جامدات تشکیل شده‌اند دارای کاربردهای زیادی در تصفیه فاضلاب هستند. سیستمهای MBR ممکن است با بیوراکتورهای دارای بیومس معلق هوازی یا بی‌هوازی استفاده شوند. سیستمهای ممبران می‌توانند فاضلاب خروجی را به کیفیت فاضلاب خروجی حاصل از ترکیب ته‌نشینی ثانویه و میکروفیلتراسیون برسانند. MBR برای تصفیه فاضلاب‌های بهداشتی و صنعتی و استفاده مجدد از پساب کاربرد دارد.
در واقع سیستمهای MBR عملیات میکروفیلتراسیون و تصفیه بیولوژیکی را در یک واحد فرآیندی انجام می‌دهند. بنابراین به عنوان یک واحد کمکی برای ته نشینی ثانویه و فیلتراسیون هستند و یا کلاً نیاز به این واحدها را برطرف می نمایند. توانایی حذف ته نشینی ثانویه و عملکرد در غلظت MLSS بالاتر مزایای زیر را به همراه دارد:
1. بارگذاری حجمی بالاتر و بنابراین زمان ماند هیدرولیکی کوتاهتری می تواند اعمال گردد.
2. زمان ماند سلولی (SRT) بالاتری با کاهش تولید لجن رخ می دهد.
3. امکان نیتریفیکاسیون – دی نیتریکاسیون همزمان در طرح‌های با SRT بالا
4. جریان خروجی با کیفیت بالا در پارامترهای کدورت، باکتری، TSS و BOD
5. فضای کمتری برای تصفیه فاضلاب مورد نیاز است.
از معایب MBR شاید بتوان هزینه سرمایه گذاری اولیه بیشتر از فرآیندهای متعارف و تعویض ممبرانها را نام برد.
سیستمهای MBR دو شکل کلی دارند:
1. ممبران در داخل بایوراکتور غوطه ور است
2. ممبران خارج از بایوراکتور قرار می‌گیرد.
در MBR نوع اول، ممبران میکروفیلتراسیون مستقیماً درون راکتور لجن فعال قرار دارد. مدول‌های ممبران شامل ممبرانها، ساپورت آنها، اتصالات ورودی و خروجی خوراک و یک ساپورت اصلی می باشد. ممبرانها در معرض یک خلاء (کمتر از 50 کیلو پاسکال) قرار می گیرند که آب صاف را از درون ممبرانها بیرون می کشد در حالیکه جامدات در راکتور باقی می مانند. برای حفظ TSS درون راکتور و برای تمیز نگه داشتن سطح خارجی ممبرانها، هوای فشرده در پایه مدول ممبران توزیع می شود، همانطور که حباب‌های هوا به سطح حرکت می‌کنند، شستشوی سطوح ممبران رخ می دهد، هوا همچنین اکسیژن کافی را برای تامین شرایط هوازی تامین می‌کند.
در MBR نوع دوم، لجن فعال از بیوراکتور به ممبران پمپ می‌شود و مواد جامد درون ممبران باقی مانده و فاضلاب صاف خارج می شود. نیروی محرک فشاری است که بوسیله سرعت بالا درون ممبران ایجاد می‌شود. جامدات باقیمانده در ممبران مجدد به راکتور لجن فعال برگردانده می‌شوند. ممبرانها برای جدا شدن جامدها بطور پریودیک Back wash شده و به صورت شیمیایی برای جلوگیری از افت فشار تمیز می شوند.
با جایگزین کردن این نوع جداسازی بجای ته‌نشینی ثانویه، ممبران مشکلات تورم لجن و دیگر مشکلات مربوط به ته‌نشین‌های ثقلی را بر طرف می‌کنند. سیستمهای MBR می‌توانند در MLSS بسیار بالاتر از راکتورهای لجن فعال (8000-12000) میلیگرم در لیتر عمل کنند.
فلاکس ممبران که سرعت حجم یا جرم جریان عبوری از سطح ممبران(لیتر بر متر مربع در ساعت) است یک فاکتور مهم در طراحی است که بر اقتصاد طراحی نیز بسیار تاثیر گذار است. فلاکس‌های کمتر، منجر به غلظت‌های بالاتر MLSS می شود.